课程设计-十字路口交通信号灯PLC控制系统设计与调试

课程设计-十字路口交通信号灯PLC控制系统设计与调试大学工程技术学院可编程控制器课程设计设计题目：十字路口交通信号灯PLC控制系统设计与调试专业：应用电子专业班级：姓名：学号：指导教师：目录摘要………………3Abstract……………4绪论……………5PLC的介绍……….6十字路口交通灯的介绍…………9交通灯控制系统的设计任务、设计思路及实现方案…………10程序梯形图………14指令表……………17总结………………19致谢……………20参考文献………21一.摘要针对近年来城市交通的拥挤现象，特别是驾驶员违章严重、交通事故频发、车辆尾气污染等问题，介绍集计算机、信息、电子及通讯等众多高新技术手段于一体的智能交通指挥中心控制系统。该系统的安装及使用，大大缓解了城市道路堵塞现象、提高了道路的通行能力。减少了驾驶员违章的次数，抑制了交通事故的发生、同时能够减轻车辆尾气排放，从而对降低环境污染起到了不可低估的作用[1]。

分析现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城乡交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的硬件电路设计方案。【关键词】:交通控制交通灯PLC控制机Inrecentyears,forurbantrafficcongestion,especiallydriversofseriousviolations,thefrequenttrafficaccidents,vehicleexhaustpollution,introducedthesmall-computer,information,electronicsandcommunicationsandotherhigh-techmeansinoneoftheintelligenttrafficcontrolcenterSystem.Thesystem,andtheuseofandgreatlyeasetheurbanroadcongestion,increasedroadcapacity.Toreducethenumberofillegaldriverstocurbtheoccurrenceoftrafficaccidentsandatthesametimetoreducevehicleemissions,thusreducingenvironmentalpollutionHaveplayedaroleshouldnotbeunderestimated.

Analysisofthemodernurbantrafficcontrolandmanagementofthestatusquo,combinedwiththeactualsituationofurbanandruraltransportonthetrafficlightcontrolsystemworkingprinciple,givenasimpleandpracticalurbantrafficlightcontrolsystemhardwaredesign.【Keywords】:trafficcontroltrafficlightsPLCcontrol三.绪论随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。

不同的城市有不同城市的问题，但共性就是混合交通流问题。在交叉口如何解决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响，就是解决问题的关键！随着我国城市化建设的发展，越来越多的新兴城市的出现，使得城市的交通成为了一个绝对主要的问题。同时随着我国经济的稳步发展，随着城市机动车量的不断增加，人民的生活水平日渐提高，越来越多的汽车进入寻常老百姓的家庭，据不完全统计，目前我国城市里的十字路口交通系统大都采用定时来控制不排除繁忙路段或高峰时段用交警来取代交通灯的情况，这样必然产生如下弊端:当某条路段的车流量很大时却要等待红灯，而此时另一条是空道或车流量相对少得多的道却长时间亮的是绿灯，这种多等少的尴尬现象是未对实际情况进行实时监控所造成的，不仅让司机乘客怨声载道，而且对人力和物力资源也是一种浪费[2]。

单片基控制系统设计时硬件和软件均要设计，抗干扰性能差，不通用，并且需要有接口电路与之配套，价格中等，制造较难。程序的设计中，分析控制交通的多种原理，用传统的方法实现难度较大，所以使用可编程控制器，其主要原因是因为PLC具有简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列的优点。

本设计介绍了应用PLC实现十字路口交通信号灯的自动控制。通过对交通信号灯的控制要求分析，对PLC控制系统进行了软、硬件设计，并通过实验证明该系统简单、经济、运行可靠，具有很高的实用价值。4.1PLC的基本知识PLC产生和定义1968年由美国通用汽车公司（GE）提出，1969年有美国数字设备公司（DEC）PLC（programmablelogiccontroller）80年代，由于计算机技术的发展，PLC采用通用微处理器为核心，功能扩展到各种算术运算，PLCPC（programmablecontroller）（IEC）1987[3]。”PLC的基本组成目前，可编程控制器的产品很多，不同的厂家生产的PLC以及同一家生产的不同型号的PLC其结构个不相同，但就其工作原理而言，是大致相同的。它们都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，而更靠软件的支持。PLC（CPU）EPROM、ROM/输出模块、外设I/O接口、通信接口及电源组成。下面分别介绍PLC各组成部分及作用[4]。PLC的结构及基本工作原理PLC是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编好程序后，编程器将程序键入PLC的用户存储器中存储。PLC的控制功能就是运用用户程序来实现的。PLC运行程序的方式与微型机算计相比有较大的不同，微型计算机运行程序时，一旦执行到END指令，程序运行结束。而PLC从0000存储地址所存放的第一条拥护指令开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址好递增的方向顺序执行拥护程序，直到END指令结束。然后再从头开始，并周而复始的重复，直至到停机或运行（RUN）切换到停止（STOP）工作状态。我们把PLC这种执行程序的方式成为扫描工作方式。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。另外，PLC对输出，输出信号的处理与微型机算机不同。微型机算机对输出、输出信号实时处理。而PLC对输出、输出信号是集中批处理。PLC扫描工作方式分为三个阶段：输出采样、程序执行、输出刷新[5]。PLC的特点PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的特点而设计制造和发展的,这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的优点。1可靠性高，抗干扰能力强2通用性强，使用方便3采用模块化结构，使系统组合灵活方便4编程语言简单、易学，便于掌握5系统设计周期短6对生产工艺改变适应性强7安装简单、调试方便、维护工作量小8）体积小、重量轻、功耗低,各生产厂家对PLC不断进行改进,推出功能更加强大、结果更加完美的新产品。这些新产品总体来说，朝两个方向发展：一个向超小型、专用化和低价格的方向发展，以进行单机控制；另一个是向大型化、高速化、多功能化和分布式全自动网络化方向发展，以适应现代化的大型工厂、企业自动化的需要[6]六.交通灯控制系统的设计任务、设计思路及实现方案一、课程设计目的本设计的目的是通过课程设计的实践，使学生巩固和深化对相关专业理论知识的理解；培养学生运用所学知识和技能，配合相关技术资料的查询，独立分析和解决生产实际中有关工业控制实际问题的能力；进一步提高学生对PLC控制系统分析、设计的能力。二、课程设计内容（含技术指标）（一）课题一十字路口交通信号灯PLC控制系统设计A．控制要求：1．系统工作受开关控制起动开关ON则系统工作；起动开关OFF则系统停止工作。2．控制对象有八个：东西方向红灯两个,南北方向红灯两个东西方向黄灯两个,南北方向黄灯两个东西方向绿灯两个,南北方向绿灯两个东西方向左转弯绿灯两个南北方向左转弯绿灯两个。3．控制规律：1）正常时段按时序图运行2）高峰时段按时序图运行晚上时段按提示警告方式运行，规律为：东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮0.秒，暗0.秒的规律反复循环。图3高峰时段时序图B、课题要求：1．按题意要求,画出PLC端子接线图、控制梯形图。2．完成PLC端子接线工作,并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。3.完成课程设计说明书―C99。6.4可编程控制器I/O端口分配根据控制要求，其I/O分配为X0:启动按钮，X1：白天正常时段控制按钮，X2：白天高峰时段控制按钮，X3：晚上控制按钮。Y1:南北向绿灯，Y2:南北向黄灯，Y3:南北向左拐弯灯，Y4:南北向红灯，Y5:东西向红灯，Y6:东西向绿灯，Y7:东西向黄灯，Y10:东西向左拐弯灯。图4PLC连线图七.十字路口交通灯程序设计内容7.1程序梯形图八.指令表按启动按钮X0白天南北方向:正常时段启动按钮X1，动作状态从S0向S20转换，绿灯Y1亮，保持接通状态，25秒后，定时器T0动作，动作状态从S20向S21，绿灯熄，0.5秒后，T2动作，动作状态从S21向S22转换，绿灯亮，计数器C0开始工作，0.5秒后，绿灯熄，闪烁中，S21S22的动作反复进行，计数器C0（设定值为5次），触点一接通，状态向S23转移，黄灯Y2亮，5秒后，T4触点接通，状态向S24和S27转移，左转弯Y3亮，同时红灯Y4亮。5秒后，T5触点接通，状态转向S25，0.5秒后，T6触点接通，状态转向S26，左转弯绿灯Y3亮，同时计数器C1开始工作，0.5秒后，T7触点接通，左转弯绿灯熄，闪烁中，S25S26的动作反复进行，计数器C1（设定值为5次），触点一接通，状态向S50转移。55秒后，T8触点接通，状态转向S51，南北方向一个周期工作时间结束。东西方向:正常时段启动按钮X1，动作状态从S0向S30转换，红灯Y5亮，保持接通状态，45秒后，定时器T10动作，动作状态从S30向S31，绿灯亮，25秒后，T12触点接通，状态从S31向S33转换，0.5秒后，T14触点接通，状态转向S34，绿灯Y6亮，计数器C2开始工作，0.5秒后，T15触点接通，绿灯熄，闪烁中，S33S34的动作反复进行，计数器C2（设定值为5次）触点一接通，状态向S35转移，黄灯Y7亮，5秒后，T16触点接通，状态向S36和S37转移，红灯Y5亮，同时左转弯绿灯Y10亮。5秒后，T17触点接通，左转弯绿灯熄，状态转向S38，0.5秒后，T18触点接通，状态转向S39，左转弯绿灯Y10亮，同时计数器C3开始工作，0.5秒后，T19触点接通，左转弯绿灯熄，闪烁中，S38S39的动作反复进行，计数器C3（设定值为5次）触点一接通，状态向S53转移。10秒后，T20触点接通，状态转向S53，东西方向一个周期工作时间结束。状态指令S50S51S52S53接通，状态转向S0，程序进入下一个循环。高峰时段启动按钮X2，其动作状态与正常时段相似。黑夜启动按钮X3,状态从S0向S40转移，黄灯Y2Y7亮，0.5秒后，T21触点接通，状态转向S41,黄灯Y2Y7灭，0.5秒后，T22触点接通，状态转向S0,程序进入下一个循环。九.总结9.1程序调试调试中出现了许多的问题，刚开始时不知道是什么原因，程序总是不能按正常的要求来运行。首先是程序不运行，检查了好久才发现只是开头有问题，应该是把状态S1放到ZRSTS0S60指令的后面，要不然的话，状态转移到S1，然后就是S0-S60的清零复位，这样的话不能够转移到下一个状态。还有就是不循环，在一个周期内运行完全正确，而就是不循环。光找原因就花费了有半天，到最后在大家的努力下才找到病因。在并行汇合是要由状态来汇合，然后再返回S0，如程序中的状态S50、S51、S52、S53最后并行汇合后在转移到S0.,从而实现了循环。由实验我们得到了我们设计的认证，通过正常时段控制按钮X1和高峰时段控制按钮X2之间的切换，从而实现了正常和高峰时段的切换。9.2收获与体会在设计刚开始时，我们认为十字路口交通灯的设计是很简单的，就很兴奋的去做，刚发完任务书我们就围在一起去编程。但我们好好看完后才发现要是把正常和高峰时段分开来编程的话，程序长度有380步左右。我们就想把它简化，把正常和高峰时段合并在一起来编程。但真正要把它们合并又不知道怎么动手编写，而且不知道最后能不能运行。我们每编一步就在PLC上运用一下看程序是不是能按我们预想的那样来运行，不能运行的话还要调试、修正，不行的话还要从头来编写。每次我们都奋战到最后关门。不过最终我们终于完成了我们的设计，并且通过实验调试达到了预期的目的。通过这次课程设计，我掌握了PLC的基本原理、PLC应用系统开发过程，以及常用编程设计思路技巧，并且运用自己的专业知识，通过自己的创新设计，让自己的知识运用到了实际的交通灯中。同时我们也加强了团队之间的结合力，共同完成了我们的设计，为日后成为合格的应用型人才打下了良好的基础。十.致